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Dissertação

{pt_PT=Test and optimization of a two-phase thermosyphon cooling system for microprocessors under real working conditions} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Este trabalho compreende o teste e otimização de um termossifão, para arrefecimento de microprocessadores, validado em condições de fronteira simuladas e testado numa unidade de CPU. Padrões de microcavidades são estruturados na superfície do termossifão que dissipa o calor gerado no CPU, com o objetivo de melhorar a ebulição nucleada em meio quiescente no seu interior. A distância entre cavidades, S, é o parâmetro de teste para avaliar superfícies que variam de S = 100 µm a 600 µm e uma superfície lisa como referência. Este conjunto de superfícies é estudado nas orientações horizontal e vertical, em estado estacionário e transiente. O fluido de trabalho usado é o HFE-7000. Os resultados mostram que o efeito da estruturação é mais notável na orientação horizontal, com um diferencial médio de 14°C entre a superfície lisa e qualquer superfície estruturada, em regime de ebulição nucleada. Para a orientação vertical, este diferencial não existe. As mais pequenas distâncias S resultaram num mais baixo sobreaquecimento da superfície para ambas as orientações. Para a orientação vertical, resultados apontam para uma mais notável e correlacionada com a redução de S melhoria do coeficiente de transferência de calor. Resultados otimizados foram obtidos com a superfície S = 100 µm, o que sugere a continuação desta investigação com malhas de cavidades ainda mais finas. A demonstração final a um microprocessador real foi alcançada, com uma redução média de temperatura de 5°C, e um mais baixo tempo de resposta térmica, quando comparado com uma ventoinha de arrefecimento convencional., en=The present work features the test and optimization of a thermosyphon cooling system for microprocessors, validated at simulate boundary conditions and tested on a real CPU. Microcavities arrays are structured on the thermosyphon hot surface, for nucleate pool boiling enhancement. The inter-cavity distance, S is the tested parameter with surfaces ranging from S = 100 µm to S = 600 µm and a smooth surface as reference. This set of surfaces is tested on a horizontal and vertical surface orientation, at steady-state and transient conditions. The working fluid is 3M’s Novec HFE-7000, a dielectric engineering liquid. Results have shown the effect of structuration is more noticeable for the horizontal orientation, with an average 14°C wall superheat differential between the smooth surface and any structured surface during nucleate pool boiling, whereas for the vertical situation, there is no differential. Smaller cavity distance, S resulted in lower wall superheat for both orientations. Cavities promoted an earlier onset of pool boiling. For the vertical orientation, results account heat transfer coefficient improvement to be stronger and correlated with a reducing S parameter. Transient tests have shown the critical design parameter to be the stabilized steady state temperature. Optimal results were obtained with the smallest parameter, S = 100 µm, suggesting further research with smaller S parameters. The final demonstration on a real processor was successfully achieved, with an average 5°C reduction and a lower thermal response time than the conventional cooling fan, during stress test. Results are beneficial for microprocessor performance and lifespan.}
Keywords: {pt=Termossifão, arrefecimento de microprocessadores, ebulição em meio quiescente, microcavidades, otimização da transferência de calor, desenvolvimento de produto, en=Thermosyphon, CPU cooling, pool boiling, micro-cavities, heat transfer coefficient enhancement, product development}

Discussão: junho 23, 2017, 9:0